Biochemia - nauka na pograniczu chemii organicznej i biologii zajmująca się substancjami organicznymi o dużym znaczeniu biologicznym, takimi jak białka, węglowodany, lipidy, kwasy nukleinowe i aminokwasy oraz przemianami chemicznymi zachodzącymi wewnątrz żywych komórek.

Biochemia stara się odpowiedzieć na dwa pytania:

Jakim przemianom ulegają związki w organizmie oraz w jaki sposób karmimy organizm w biogenezie.

Biochemia dzielimy na statystyczną (badania w laboratoriach) i dynamiczna. Chemia żywego organizmu.

Metabolizm, wszystkie reakcje biochemiczne zachodzące w organizmach umożliwiajace na utrzymanie podstawowych czynności - całokształt przemian biochemicznych i towarzyszących im przemian energii, zachodzących w komórkach żywych organizmów i stanowiących podłoże wszelkich zjawisk biologicznych, składają się tysiące różnych reakcji chemicznych, które tworzą szereg powiązanych z sobą cykli biochemicznych.

Reakcje metaboliczne dzieli się:

katabolizm - rozkład związków bardziej złożonych na małe prostsze z wydzieleniem energii.

anabolizm - synteza łączenie związków prostych, prowadząca do wzrostu masy organizmu i rozrostu jego tkanek, powstają długie łańcuchy, wykorzystaniem zwykle energii,.

Równowaga procesów katabolicznych i anabolicznych decyduje o zachowaniu homeostazy żywych organizmów.

Homeostaza- stan równowagi dynamicznej środowiska, w którym zachodzą procesy biologiczne. Zasadniczo sprowadza się to do równowagi płynów wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych.

Szlak metaboliczny gdzie pewien substrat po przemianie kończy się na konkretnym produkcie (glikoliza zamienia się na glukozo - 6 -fosforan a następnie fruktozo - 6 - fosforan i w piragronian gdzie po dychodrogenazie pirogronowej powstaje acetylo CoA który jest początkiem cyklu Krebsa).

Cykl metaboliczny seria następujących po sobie reakcji enzymatycznych, gdzie produkt pierwszej reakcji jest substratem następnej reakcji, a produkt ostatniej reakcji jest substratem reakcji wyjściowej. Produkt pierwszej reakcji procesu szlaku metabolicznego, nazywamy substratem szlaku metabolicznego, Produkt ostatniej reakcji - jest to produkt szlaku metabolicznego.

Metabolity pośrednie - związki występujące po drodze.

Enzymy

Enzymy są to specyficzne białka, składają się z części białkowej(apoenzymów) i części niebiałkowej (koenzym), wytwarzane przez żywe komórki organizmu, które umożliwiają przebieg tysięcy reakcji chemicznych, pełnią więc rolę katalizatorów reakcji, ponieważ obniżają energię aktywacji,

Budowa enzymów

Pod względem budowy chemicznej enzymy są białkami i ze względu na budowę dzielimy je na:

1. enzymy występujące jako białka proste, a więc zbudowane wyłącznie z łańcuchów poli­peptydowych np. pepsyna, ureaza, amylazy,

2. enzymy będące białkami złożonymi, a więc posiadające w swojej budowie część niebiał­kową - drobnocząsteczkowązwaną kofaktorem.

Mechanizm działania enzymów

W pierwszym etapie katalizy związek podlegający przemianom (substrat) łączy się z enzymem za pośrednictwem centrum aktywnego, tworząc przejściowy, nietrwały kompleks enzym - substrat. W dalszej części procesu katalizy następuje rozpad kompleksu enzym ­substrat, towarzyszy temu wytworzenie się produktów reakcji i zregenerowanie enzymu do jego pierwotnej postaci.

E + S. • [ES]. •[E P] • • E + p

enzym substrat kompleks enzym produkt

Ze względu na charakter białkowy, enzymy są bardzo podatne na wpływ niektórych czynników zewnętrznych, co wpływa na zmiany szybkości katalizowanych reakcji. Tak więc, aktywność i szybkość zachodzących reakcji enzymatycznych uzależniona jest m.in. od:

1. stężenia enzymu i substratu,

2. temperatury,

3. pH

4. obecność aktywatorów i inhibitorów.

Klasyfikacja enzymów w zależności o typu katalizowanej reakcji enzymy zostały podzielone na 6 klas:

1. oksydoreduktazy, katalizują procesy oksydo-redukcyjne,

2. transferazy,

3. hydrolazy, katalizujących rozkład nadtlenku wodoru

4. liazy,

5. izomerazy, reakcje izomeria

6. ligazy.

Enzymy to biokatalizatory. Ich charakterystycznymi właściwościami są:

siła katalityczna,

specyficzność,

regulowana aktywność.

Czynników wpływających na pracę enzymów jest bardzo dużo:

temperatura,

stężenie substratu i produktu,

obecność inhibitorów i katalizatorów,

siła jonowa,

modyfikacje,

powinowactwo do substratu,

specyficzność enzymu.

Są enzymy o wysokiej specyficzności i o wysokim powinowactwie do substratu, ale również enzymy niskospecyficzne, tzn. rozpoznające całą gamę różnych substratów i mające do nich niskie powinowactwo.

Kinetykę enzymów opisuje wzór i wykres Michaelisa-Menten.

Przykłady regulacji aktywności enzymów:

Enzym katalizujący pierwszy etap szlaku jest najczęściej hamowany przez produkt końcowy tego szlaku. Ten mechanizm regulacji aktywności nazywamy sprzężeniem zwrotnym.

Enzymy :

a) proteolityczne - rozkładają białka.

b) amylolityczne - rozkładają cukry.

c) lipolityczne - rozkładają tłuszcze.

d) nukleolityczne - rozkładają kwasy nukleinowe pokarmów.

1) enzymy trawiące węglowodany tj. amylaza, maltaza, laktaza, sacharaza.

2) enzymy trawiące białka: pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna, peptydazy: aminopeptydazy, karboksypeptydazy i dwupeptydazy.

3) enzymy trawiące tłuszcze tj. lipazy, fosfolipazy

4) enzymy trawiące kwasy nukleinowe - nukleazy.

Związki makroergiczne - wysokoenergetyczne ATP.

Są to substancje które przy rozkładzie hydrolitycznym pojedynczej reakcji wydzielają szczególnie dużą ilość energii, powyżej 25 kJ/mol, zaliczamy związki mające wiązanie bezwodnikowe,

1. fosforanowo - fosforanowe (P-P dwie grupy reszt kwasów fosforanowych, posiadują dużo ładunków ujemnych w wiązaniu OH^- ) związki nukleotydowe (zasada azotowa, cukru V węglowego w postaci furanozy i reszty kwasu fosforanowego), 27KJ/mol.

2. karboksylowo - fosforanowe, węgiel i fosfor

3. guanidyno - fosforanowe, mięsnie

4. tioestrowe

Nukleotyd zbudowany jest z pochodnej puryny, adeniny, adenozyno - 5' fosforan

Fosforylacja to proces polegający na przyłączeniu do białka reszty fosforanowej, przeprowadzany przez enzymy zwane kinazami, zużywające energię zgromadzoną w ATP. Ogólny schemat reakcji przestawia się następująco:

kinaza ATP + białko -> białko-fosforan + ADP i odwrotnie.

Fosforylacja substratowa gdzie reszta fosforanowa zostaje przeniesiona bezposrednia do ADP przy wykorzystaniu energii ograniczonego substratu fosforanu na powstaje kreatyna i ATP

Substrat wysokoenergetyczny = ADP +Pi → substrat niskoenergetyczny + ATP

Fosforylacja oksydacyjna (utleniająca w łańcuchu oddechowym) to cykl reakcji przyłączenia reszty kwasu ortofosforowego do związków chemicznych połączona ze zmianą stopnia utlenienia atomu, do którego ta grupa bezpośrednio się przyłącza.

Aminokwasy

Białka są zbudowane z Aminokwasów (enzymy katalizujące białka to proteazy, hydrolazy)

Aminokwasy są pochodnymi aminowych kwasów Karboksylowych, do najważniejszych należą pochodne niższych kwasów tłuszczowych oraz kwasów di karboksylowych, biorą udział w biosyntezie białek, mają dwie grupy funkcyjne, aminową i karboksylowa, dzielimy je na aminokwasy łańcuchowe i pierścieniowe.

Dezaminacja - odciągnięcie grupy aminowej

DNA - Miejsce informacji i centrum sterowania wszystkimy procesami metabolicznymi komórki jest kwas dezoksyrybonukleinowe (DNA). W jego strukturze zakodowana jest, z pokolenia na pokolenie (replikacja), informacja o strukturze wszystkich białek komórki, a przez to pośrednio, o procesach zachodzących w organellach komórkowych oraz substancjach które w tych procesach powstają, strumień informacji jest nieustannie przekazywany z DNA na kwas rybonukleinowy RNA (transkrypcja), a następnie na bialko (translacja).

Dekarboksylacja -

Różnice	DNA Kwasy dezoksyrybonukleinowe	RNA Kwasy rybonukleinowe
Funkcja	Materiału genetycznego, przenosi informacje genetycznej z pokolenia na pokolenie, odcinek sekwencji DNA nazywamy genem, struktura pierwszorzędowa białka jest zakodowanym zapisem, informacji o wszystkich białkach komórki, i wszystkich procesach komórki.	Odpowiedzialny za biosyntezę białka. (mRNA) Informacyjny przenosi informację z białka do cytoplazmy w DNA (tRNA) Transportujący aminokwasy do miejsca syntezy - rybosomu ( rRNA) Rybosomowy
Budowa	Dwuniciowy Cukier - β-D- deoksyrybofuranoza Zasdy - AMP, GMP, CMP, TMP	Jedna nici polinukletydowej w postaci furanozy Cukier - β-D- rybofuranoza Zasady AMP, GMP, CMP, UMP.
Lokalizacja Subkomórkowa	Główne jądro komórkowe i chroplastry oraz mitochondriach zwierzęce, Roślinne, chloroplasty.	w jądrze na matrycy DNA głównie cytoplazma komórki oraz różne fragmenty komórkowe 9 rybosomy)

Podstawową cegiełką kwasów nukleinowych zwanych często polinukleotydami jest nukleotyd.

Nukleotyd (powstaje w wyniku estryfikacji kwasem fosforowym (V) jednej z grup hydroksylowych reszty cukrowej w nukleozydzie), zbudowany jest z: cukru, kwasu ortofosforowego i heterocyklicznej zasady azotowej.

Najważniejsze nukleotydy, występujące w organizmach żywych w stanie wolnym, zawierają resztę fosforanową w pozycji 5' -, dlatego można je nazwać 5' - monofosforanami nukleozydów (rybo - lub deoksyrybonukleozydów).

Heterocykliczne zasady azotowe są to pochodne aminowe i hydroksylowe puryny i pirymidyny, mają charakter aromatyczny, w kwasach nukleinowych pirymidyna występuje w 3 odmianach

Zasada	Adenina	Guanina	Cytozyna	Uracyl	Tymina
Rybonuklezyd	Adenozyna	Guanozyna	Cytozyna	Urydyna
Rybonukleotyd	Adenozyno -5' - monofosforan AMP Kw. Adenylowy	Guanozyna - 5'- monofosforan GMP Kwas guanylowy	Cytydyno - 5'monofosforan CMP Kwas cytydylowy	Urydyno - 5' monofosforan UMP Kwas urydylowy
Deoksyrybo- nukleozyd	Deoksyadenozyna aD	Deoksyguanozyna dG	Deoksycytydyna dC		Deoksytymidyna dT
Deoksyrybonukleotyd	Deoksyadenozyno-5' monofosforan dAMP	Deoksyguanozyno- 5' monofosforan dGMP	Deoksycytydyno- 5' monofosforan dCMP		Deoksytymidyno- 5' monofosforan dTMP

Szczawiooctan + Acetylo-CoA popd wpływem kondensacji (Syntaza cytrynianowa) uwalnia H₂O

Cykl Krebsa - szlak anfibioliczny, zysk główny dostarczenie CO2 który jest wykorzystywany w nukleotydach, zredukowanych enzymów które poprzez szereg przemian w cyklu oddechowym dostarczają potencjalną energii z ATP do organizmu

Cząsteczka	enzym	produkt
szczawiooctan + Acetylo - CoA	Synteza cytrynianowa	Co A SH + h
Cytrynian	Akonitaza	H2O
Cis - akonityn	Akonitaza przyłączenie
Izocytrynian	Dehydrogenaza izocytranianowa	NADH + H
Szczawiobursztynian	Dehydrogenaza izocytrynianowa	CO2
a - ketoglutaran	dehydrogenaza a - ketoglutaranowa	NADH + H + CO2
Bursztynylo Co A	Tiokinaza bursztynianowa	GTP + Co A - SH
Bursztynian	Dehydrogenaza bursztynianowa	FADH2
Fumaran	Fumaraza
L - Jabłczan	Dehydrogenaza jabłczanowa	NADH + H

Wynik cyklu Krebsa	po przejściu przez łańcuch oddechowy uzyskujemy
1x GTP
3 x NADH + H^+	6 ATP
2 x CO2	4 ATP
1x FADH2	2 ATP
	= 12 ATP

Etapy glikolizy

W pierwszym etapie następuje fosforylacja (kosztem ATP) różnych sacharydów: heksoz, glikogenu, skrobi i ich rozkład z wytworzeniem aldehydu-3-fosfoglicerynowego (trisacharydu).

W drugim etapie zachodzą reakcje oksydo-redukcyjne (z udziałem dinukleotydu nikotynamidoadeninowego NAD) dostarczające energii, która jest częściowo magazynowana w cząsteczkach powstającego ATP oraz następuje wytworzenie kwasu pirogronowego.

2

---